專利名稱：引線鍵合方法和半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的引線鍵合方法，以及利用此方法制作的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體功率器件，如側(cè)向擴(kuò)散MOS(LDMOS)，在半導(dǎo)體芯片上有多個芯片電極，以實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部大電流的調(diào)整。功率器件也具有一定尺寸的互連，用來連接其上的多根Au(Au)線。通過引線鍵合方法，Au線連接芯片電極和互連。在這種情況下，使用JP10-229100A的引線鍵合方法，多根Au線(例如，三根Au線)連接到相同數(shù)量的芯片電極(例如，三個電極)和互連。
功率器件要求半導(dǎo)體芯片上有多個芯片電極，用來實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部大電流的流通。這會使半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體器件的尺寸大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種引線鍵合方法和用此方法制作的半導(dǎo)體器件，此器件的半導(dǎo)體芯片的芯片電極數(shù)量少，從而其尺寸減小。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，通過鍵合導(dǎo)線以連接第一和第二導(dǎo)體的引線鍵合方法包括以下步驟1)在第一個第一導(dǎo)體上焊接第一導(dǎo)電球。2)在第一導(dǎo)電球上焊接第一導(dǎo)線，該第一導(dǎo)線連接第一個第二導(dǎo)體。3)在第二個第一導(dǎo)體上焊接第二導(dǎo)電球。4)在第二導(dǎo)電球上焊接第二導(dǎo)線，該第二導(dǎo)線連接第二個第二導(dǎo)體。此處，第二個第一導(dǎo)體或第二個第二導(dǎo)體是焊接在第一導(dǎo)電球上的第一導(dǎo)線。


通過研究下列詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求書和附圖，將可以理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)、操作方法和相關(guān)部件的功能。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件制作方法的側(cè)視圖。
圖2的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例的第一過程球焊接Au線以在焊盤上形成凸焊點(diǎn)。
圖3的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例的第二過程在電極上形成凸焊點(diǎn)。
圖4的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例在電極上形成凸焊點(diǎn)的完成狀態(tài)。
圖5的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例在焊盤部分上球焊接第一Au線，和在凸焊點(diǎn)上楔形焊接第一Au線的過程。
圖6的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例在凸焊點(diǎn)上完成楔形焊接第一Au線的狀態(tài)。
圖7A的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例，在已經(jīng)預(yù)先楔形焊接第一Au線的凸焊點(diǎn)上，球焊接Au線以形成另一個凸焊點(diǎn)的第一過程。
圖7B的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例在該凸焊點(diǎn)上形成又一個凸焊點(diǎn)的第二過程。
圖7C的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例在該凸焊點(diǎn)上形成又一個凸焊點(diǎn)的完成狀態(tài)。
圖8的垂直剖面圖示出了根據(jù)該第一實(shí)施例，在焊盤部分上球焊接第二Au線，和在之前已經(jīng)在其上球焊接Au線的又一凸焊點(diǎn)上楔形焊接第二Au線的過程。
圖9示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
圖10示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
圖11示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
圖12示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
圖13示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖；和圖14示出了利用根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制作方法制作的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考圖1-8描述在功率器件中應(yīng)用本發(fā)明的第一實(shí)施例。
如圖1所示，在這個實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件1通常包含用來在其上固定芯片的島2、位于島2上的半導(dǎo)體芯片3、以及互連4。半導(dǎo)體芯片3可以是IGBT或功率MOSFET。三根Au線6使用引線鍵合方法連接半導(dǎo)體芯片3上的芯片電極(焊盤)5和互連4。
在互連4和芯片電極5之間引線鍵合Au線6的過程描述參見圖2至8。
首先，如圖4所示，在芯片電極5上，通過球焊接Au線6形成凸焊點(diǎn)7。球焊接過程如圖2和3所示。如圖2所示，用于供給Au線6的毛細(xì)管9在其頂端(末端)形成Au球8，并將Au球8放在芯片電極5上。然后，如圖3所示，毛細(xì)管9將Au球8固定在芯片電極5上，通過向其施加壓力和超聲波，將Au球8塑性變形成凸焊點(diǎn)7。毛細(xì)管9頂端有一個圓錐形的腔，以便將凸焊點(diǎn)7形成為近似圓錐形。提起毛細(xì)管9，并從凸焊點(diǎn)7上切斷Au線6，成為如圖4所示的狀態(tài)。
在上述切斷Au線的過程中，理想的是將毛細(xì)管9的頂端提起預(yù)定的高度，然后橫向移動該頂端并稍靠近芯片電極5。上述過程在半導(dǎo)體芯片3的芯片電極5上形成了凸焊點(diǎn)7。
接下來，如圖5左側(cè)部分所示，采用與圖2和3所示的相同的球焊接過程，毛細(xì)管9在互連4上在Au線6的末端球焊接另一個Au球8。然后，提起毛細(xì)管9的頂端，不切斷Au線6并橫向移動到通常位于半導(dǎo)體芯片3的電極5的上方且稍微超出電極5的位置，如圖5所示。毛細(xì)管9將Au線6固定在凸焊點(diǎn)7的頂部，凸焊點(diǎn)7具有通過楔形焊接(縫焊(stitch bonding))形成的近似圓錐形，如圖6所示。提起毛細(xì)管9，并切斷Au線6，以便Au線6的末端呈楔形，從而形成楔形焊接部分10，如圖6所示。
然后，如圖7A至7C所示，通過球焊接Au線6，將另一個凸焊點(diǎn)7固定在凸焊點(diǎn)7之上，該凸焊點(diǎn)7上已經(jīng)存在如上所述的楔形焊接的Au線6。尤其是，如圖7A所示，供給Au線6的毛細(xì)管9在其頂端形成Au球8，并將Au球8放在楔形焊接部分10上。然后，如圖7B所示，毛細(xì)管9將Au球8固定在楔形焊接部分10上，同時采用與圖2和3所示的球焊接過程相同的方式，將Au球8塑性變形成形狀近似圓錐形的凸焊點(diǎn)7。與此同時，毛細(xì)管9將凸焊點(diǎn)7的底端部分變形成與楔形焊接部分10下的凸焊點(diǎn)7相接合的形狀。這樣，這兩個凸焊點(diǎn)7近似排列在與芯片電極5的表面相垂直的一條線上。提起毛細(xì)管9，并從凸焊點(diǎn)7上切斷Au線6，以形成堆疊的凸焊點(diǎn)7，如圖7C所示。這里，提起毛細(xì)管9的頂端到預(yù)定的高度，然后橫向移動并稍微靠近楔形焊接部分10。
進(jìn)一步，毛細(xì)管9在互連4和Au球8的堆疊凸焊點(diǎn)7之間焊接第二根Au線6，如圖8所示。具體是，毛細(xì)管9通過在其頂端形成Au球8并將Au球8壓在互聯(lián)4上，將Au線6的末端固定在互連4的一部分上。然后，提起毛細(xì)管9，并橫向移動至通常位于凸焊點(diǎn)堆疊層上方且稍微超過該堆疊層的位置。毛細(xì)管9通過楔形焊接推壓Au線6將其固定在堆疊的凸焊點(diǎn)上。提起毛細(xì)管9，從楔形焊接部分切斷Au線6。
毛細(xì)管9在互連4和Au球8的堆疊凸焊點(diǎn)之間焊接第三根Au線6，成為如圖1所示的狀態(tài)。具體是，毛細(xì)管9形成Au球8，并采用與圖7 A至7C所示的焊接過程相同的方式，將Au球8壓在Au球8的堆疊凸焊點(diǎn)上。然后，通過與如圖8所示的楔形焊接過程相同的方式，毛細(xì)管9在互連4的一部分和Au球8的堆疊凸焊點(diǎn)之間焊接Au線6。如上所述，毛細(xì)管9在互連4和半導(dǎo)體芯片3上的芯片電極5之間焊接了三根Au線6。
根據(jù)該第一實(shí)施例，通過堆疊三個Au球8以便在芯片電極5上固定相同數(shù)量的Au線6，可減少半導(dǎo)體芯片3上芯片電極5的數(shù)量。這有助于制作小面積的半導(dǎo)體芯片3和包含半導(dǎo)體芯片3的半導(dǎo)體器件。
此外，通過依次重復(fù)在另一個已有楔形焊接Au線的Au球8上球焊接Au球8的過程，以及楔形焊接其末端球焊接在互連4上的Au線6的過程，該第一實(shí)施例使得能夠容易地在半導(dǎo)體芯片3的芯片電極5上固定超過三根Au線6。這種構(gòu)造有助于減少半導(dǎo)體芯片3上的電極5的數(shù)量，和以較小的尺寸制作半導(dǎo)體芯片。
更進(jìn)一步，在該第一實(shí)施例中，芯片電極5上三個凸焊點(diǎn)7被變形成彼此鍵合，并近似排列在與芯片電極5表面相垂直的一條線上，三個凸焊點(diǎn)彼此牢固固定，以便不被外力(例如碰撞)分開。
在該第一實(shí)施例中，焊接三根Au線6以連接互連4和芯片電極5，然而，本發(fā)明并不限制焊接引線的數(shù)量?？梢酝ㄟ^相同方法，使用兩根或超過三根的Au線6連接互連4和芯片電極5。
圖9描述了本發(fā)明的第二實(shí)施例。在第二實(shí)施例中，三個Au球8堆疊在互連4上，每個Au球8上楔形焊接Au線6。采用基本與第一實(shí)施例相同的方式，在互連4上堆疊三個Au球8，并且在每個Au球8上楔形焊接Au線6。這三根Au線6的另一端球焊接在三個芯片電極5上，這三個芯片電極5并列于半導(dǎo)體芯片3的同一平面上。
該第二實(shí)施例包括步驟在互連4上堆疊第一凸焊點(diǎn)形狀的Au球8，在互連4上堆疊的每個Au球8上楔形焊接第一根Au線6，該Au線6的另一端球焊接在半導(dǎo)體芯片3的第一芯片電極5上。以上的堆疊過程和連接過程可交替重復(fù)用于第二和第三組。
除了以上描述的部分，第二實(shí)施例具有與第一實(shí)施例相同的構(gòu)造。
根據(jù)第二實(shí)施例，通過在互連4的一部分上固定或堆疊三根Au線，有可能制作小面積的互連4。
圖10描述了本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中底部、中間、頂部半導(dǎo)體芯片11、12、13堆疊在島2上。第一Au線6連接互連4和球焊接在底部半導(dǎo)體芯片11上的芯片電極5上的Au球8。第二Au線6連接互連4和球焊接在中間半導(dǎo)體芯片12上的芯片電極5上的Au球8。第三Au線6連接互連4和球焊接在頂部半導(dǎo)體芯片13上的芯片電極5上的Au球8。
除了以上描述的部分，該第三實(shí)施例與第二實(shí)施例有相同的構(gòu)造，且該第三實(shí)施例有與第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)等同的優(yōu)點(diǎn)。在該第三實(shí)施例中，三個半導(dǎo)體芯片11、12、13堆疊在島2上，然而堆疊半導(dǎo)體的數(shù)量不限于三個?？梢圆捎猛瑯拥姆椒?，堆疊兩個或超過三個半導(dǎo)體。
圖11描述了本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中三個半導(dǎo)體并列位于島2上，即半導(dǎo)體14以多芯片結(jié)構(gòu)排列。第一Au線6連接互連4上的底部Au球8和左側(cè)半導(dǎo)體芯片14上的芯片電極5。第二Au線6連接互連4上的中間Au球8和中間半導(dǎo)體芯片14上的芯片電極5。第三Au線6連接互連4上的頂部Au球8和右側(cè)半導(dǎo)體芯片14上的芯片電極5。
第四實(shí)施例的構(gòu)造基本與第二實(shí)施例的相同，并且其優(yōu)點(diǎn)也等同于第二實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在第四實(shí)施例中，三個半導(dǎo)體芯片14并列排列在島2上，然而，當(dāng)然也可以是兩個或超過三個半導(dǎo)體芯片并列排列在島2上。
圖12描述了本發(fā)明的第五實(shí)施例，其中三個半導(dǎo)體芯片11、12、13以與第三實(shí)施例中相同的方式堆疊在島2上。在這個實(shí)施例中，兩個Au球8堆疊在位于底部半導(dǎo)體芯片11的上表面上的芯片電極5上，并且沒有被中間半導(dǎo)體芯片12所覆蓋。類似，三個Au球8堆疊在位于中間半導(dǎo)體芯片12的上表面上的芯片電極5上并且沒有被頂部半導(dǎo)體芯片13所覆蓋。
此處，第一Au線6球焊接在互連4上，并楔形焊接在球焊接在位于底部半導(dǎo)體芯片11上的芯片電極5上的Au球8上，以在其間連接。第二Au線6球焊接在其上楔形焊接了第一Au線6的Au球8上，并且楔形焊接在球焊接在中間半導(dǎo)體芯片12上的芯片電極5上的Au球8上，以在其間連接。第三Au線6球焊接在其上楔形焊接了第二Au線6的Au球8上，并且楔形焊接在球焊接在頂部半導(dǎo)體12的芯片電極5上的Au球8上，以在其間連接。
第五實(shí)施例的構(gòu)造基本上與第三實(shí)施例的相同，并且其優(yōu)點(diǎn)等同于第三實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，第五實(shí)施例具有更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即由于包含一種結(jié)構(gòu)在底部半導(dǎo)體芯片11的芯片電極5上堆疊兩個Au球8，以及在中間半導(dǎo)體芯片12的芯片電極5上堆疊三個Au球8，可以防止由Au線6與半導(dǎo)體芯片11、12、13的邊緣接觸所產(chǎn)生的半導(dǎo)體器件故障。因此，第五實(shí)施例有助于提高在半導(dǎo)體芯片11、12、13上排列芯片電極5時的設(shè)計靈活性。
圖13描述了本發(fā)明的第六實(shí)施例，該實(shí)施例包含左、右半導(dǎo)體3和位于這兩個半導(dǎo)體3之間的互連。半導(dǎo)體3分別位于島2上。底部和頂部Au球8堆疊在互連4上。左、右半導(dǎo)體芯片3中的每一個上都有三個芯片電極5。三根Au線6中的每一根逐一球焊接在左邊半導(dǎo)體芯片3的每個芯片電極5上。這三根Au線的另一端楔形焊接在球焊接在互聯(lián)4上的底部Au球8上。一個Au球8球鍵合在其上楔形焊接了第一Au線的Au球8上。另外三根Au線6逐一球焊接在右邊半導(dǎo)體芯片3的芯片電極5上，并楔形焊接在球焊接在頂部Au球8的Au球8上。
除了以上描述的部分，第六實(shí)施例的構(gòu)造基本上與第四實(shí)施例的相同，且其優(yōu)點(diǎn)等同于第四實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，第六實(shí)施例具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)通過楔形焊接三根Au線6于球焊接在互聯(lián)4上的Au球8上，使互連4的尺寸小。
第六實(shí)施例具有在互連4上堆疊兩個Au球8的構(gòu)造，然而，堆疊在互連4上的Au球數(shù)量當(dāng)然不限于一種特例。例如其上楔形焊接了每根Au線6的六個Au球8可堆疊在互連4上。
圖14描述了本發(fā)明的第七實(shí)施例，其中兩個半導(dǎo)體芯片3位于島2的兩側(cè)。具體是，兩個半導(dǎo)體芯片3位于島2的上、下表面，三個Au球8分別堆疊在互連4的上、下表面上。三根Au線6中的每根逐一楔形焊接在互聯(lián)4的上表面上的三個Au球8上。這三根Au線中的每一根的另一端逐一球焊接在三個芯片電極5上，該三個芯片電極5位于島2上表面上的半導(dǎo)體芯片3上。另外三根Au線6采用同樣的方式連接島2下表面上的半導(dǎo)體芯片3的三個芯片電極5和互連4下表面上的三個Au球8。
除了以上描述的部分，第七實(shí)施例的構(gòu)造基本上與第四實(shí)施例的相同，并且其優(yōu)點(diǎn)等同于第四實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。尤其是，該第七實(shí)施例具有更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)通過在島2的上下兩個表面上放置兩個半導(dǎo)體芯片3，有利于縮小島2和互連4。
本發(fā)明的描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例性的，因此，不脫離本發(fā)明本質(zhì)的變化被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。這種改變不被認(rèn)為脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種引線鍵合方法，用于鍵合多根導(dǎo)線(6)以連接第一導(dǎo)體(4，5，6)和第二導(dǎo)體(4，5，6)，該鍵合方法包括步驟將第一導(dǎo)電球(8)焊接在第一個第一導(dǎo)體(4或5)上；將第一導(dǎo)線(6)焊接在第一導(dǎo)電球(8)上，該第一導(dǎo)線(6)與第一個第二導(dǎo)體(5或4)相連接；將第二導(dǎo)電球(8)焊接在第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))上；以及將第二導(dǎo)線(6)焊接在第二個導(dǎo)電球上，該第二導(dǎo)線(6)連接到第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)，其中該第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))或該第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)是焊接在第一導(dǎo)電球(8)上的第一導(dǎo)線(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的引線鍵合方法，還包括從第三次重復(fù)步驟開始的至少一個第K次重復(fù)步驟，該第K次重復(fù)步驟包括將第K個導(dǎo)電球(8)焊接在第K個第一導(dǎo)體(6或(4或5))上；以及將第K根導(dǎo)線(6)焊接在第K個導(dǎo)電球(8)上，該第K根導(dǎo)線(6)連接到第K個第二導(dǎo)體((4或5)或6)，其中該第K個第一導(dǎo)體(6或(4或5))或該第K個第二導(dǎo)體((4或5)或6)是焊接在第(K-1)個導(dǎo)電球(8)上的第(K-1)根導(dǎo)線(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的引線鍵合方法，其中每個第K個第一導(dǎo)體(6)都是焊接在第(K-1)個導(dǎo)電球(8)上的第(K-1)根導(dǎo)線(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的引線健合方法，其中導(dǎo)電球(8)一個位于另一個之上，大致排列成一條垂直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的引線健合方法，其中每個導(dǎo)電球(8)的形狀近似為頂端向上的圓錐形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的引線健合方法，其中第一導(dǎo)體(4，5)和第二導(dǎo)體(4，5)包括形成為塊體的導(dǎo)體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的引線健合方法，其中第一導(dǎo)體(4，5，6)和第二導(dǎo)體(4，5，6)包括位于半導(dǎo)體器件(1)內(nèi)的半導(dǎo)體芯片(3，11，12，13)的芯片電極(5)；和半導(dǎo)體器件(1)的互連(4)。
8.一種半導(dǎo)體器件(1)，包括至少一個半導(dǎo)體芯片(3，11，12，13)，其具有芯片電極(5)；第一導(dǎo)體(4，5，6)和第二導(dǎo)體(4，5，6)，包括芯片電極(5)和互連(4)；第一導(dǎo)電球(8)，焊接在第一個第一導(dǎo)體(4或5)上；第一導(dǎo)線(6)，連接到第一個第二導(dǎo)體(5或4)并焊接在第一導(dǎo)電球(8)上；第二導(dǎo)電球(8)，焊接在第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))上；和第二導(dǎo)線(6)，連接到第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)并焊接在第二導(dǎo)電球(8)上。其中該第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))或該第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)是焊接在第一導(dǎo)電球(8)上的第一導(dǎo)線(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件(1)，其中所述至少一個半導(dǎo)體芯片(11，12，13)包括第一半導(dǎo)體芯片(11或12)和第二半導(dǎo)體芯片(12或13)；并且第二半導(dǎo)體芯片(12或13)位于第一半導(dǎo)體芯片(11或12)上以便暴露第一半導(dǎo)體芯片(11或12)的芯片電極(5)。
全文摘要
一種引線鍵合方法，用于鍵合多根導(dǎo)線(6)以連接第一導(dǎo)體(4，5，6)和第二導(dǎo)體(4，5，6)，該鍵合方法包括步驟1)將第一導(dǎo)電球(8)焊接在第一個第一導(dǎo)體(4或5)上；2)將第一導(dǎo)線(6)焊接在第一導(dǎo)電球(8)上，該第一導(dǎo)線(6)與第一個第二導(dǎo)體(5或4)相連接；3)將第二導(dǎo)電球(8)焊接在第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))上；4)將第二導(dǎo)線(6)焊接在第二個導(dǎo)電球(8)上，該第二導(dǎo)線(6)連接到第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)。這里，該第二個第一導(dǎo)體(6或(4或5))或該第二個第二導(dǎo)體((4或5)或6)是焊接在第一導(dǎo)電球(8)上的第一導(dǎo)線(6)。
文檔編號H01L31/0203GK1670935SQ200510054299
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月18日
發(fā)明者石川克己, 牧野信也, 武井宏 申請人:株式會社電裝